JP2007177320A - Ａｌ含有金属膜及びＡｌ含有金属窒化膜を蒸着する薄膜蒸着装置の洗浄方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】Ａｌ含有金属膜及びＡｌ含有金属窒化膜を蒸着する薄膜蒸着装置の洗浄方法を提供する。
【解決手段】Ａｌ含有金属膜及びＡｌ含有金属窒化膜を蒸着する薄膜蒸着装置のチャンバー内部を４３０℃以上の高温に維持した後、チャンバー内部にＣｌ２を含むクリーニングガスを供給してチャンバー内部を洗浄するか、チャンバー内部を高温に維持し難い場合には、プラズマＣｌ２を含むクリーニングガスを使用して薄膜蒸着装置を洗浄する方法。これにより、残留生成物及びパーチクルの発生なしにＴｉＡｌＮ及びこれと類似した膜質を蒸着する薄膜蒸着装置を効果的に洗浄できる。
【選択図】図３
【解決手段】Ａｌ含有金属膜及びＡｌ含有金属窒化膜を蒸着する薄膜蒸着装置のチャンバー内部を４３０℃以上の高温に維持した後、チャンバー内部にＣｌ２を含むクリーニングガスを供給してチャンバー内部を洗浄するか、チャンバー内部を高温に維持し難い場合には、プラズマＣｌ２を含むクリーニングガスを使用して薄膜蒸着装置を洗浄する方法。これにより、残留生成物及びパーチクルの発生なしにＴｉＡｌＮ及びこれと類似した膜質を蒸着する薄膜蒸着装置を効果的に洗浄できる。
【選択図】図３
Description
本発明は、半導体製造装置の洗浄方法に係り、より詳細には、薄膜蒸着装置のチャンバーを乾式洗浄する方法に関する。
一般的に、半導体素子は、イオン注入工程、薄膜工程、拡散工程、写真工程、エッチング工程のような複数の単位工程を経て製造される。このような単位工程のうち薄膜工程は、半導体素子製造の再現性及び信頼性において改善が要求される必須工程である。
半導体素子の薄膜は、スパッタリング法、蒸気蒸着法、化学気相蒸着法、原子層蒸着法などによって半導体基板上に形成される。このような方法を行うための薄膜蒸着装置は、通常的にチャンバーと、チャンバー内部に各種ガスを供給するガスラインと、半導体基板を定着させるための基板ホルダー部と、を備える。
ところが、薄膜蒸着装置を利用して薄膜形成工程を進める間に、薄膜形成処理時に生成される反応生成物は、半導体薄膜の表面だけでなく、チャンバー内部の表面にも堆積（付着）されてしまう。半導体量産用薄膜蒸着装置は多くの半導体基板を処理するために、チャンバー内部に反応生成物が付着された状態で薄膜形成処理を続ければ、反応生成物が剥離されてパーチクルを発生させてしまう。このパーチクルは、蒸着工程の不良を引き起こし、半導体基板に付着されて半導体素子の収率を低下させる恐れがある。このために、一定時間または一定枚数の半導体基板蒸着工程が終了した後にはチャンバー内部を洗浄せねばならない。
従来技術による薄膜蒸着装置の洗浄方法のうち、チャンバーを大気中に露出させてチャンバーとその内部の構成要素それぞれを分離し、アルコールのような揮発性物質を使用してチャンバー及び各構成要素に蒸着された異物を洗浄した後、分離されたチャンバーを再締結するものがある。しかし、このような洗浄方法は、まだ体系的に定立されておらず、チャンバーの洗浄時間が長くなるために生産性が落ちるという問題点がある。
薄膜蒸着装置の洗浄方法のうち他のものは、腐食性ガスを利用してチャンバー内部の蒸着物を除去する乾式洗浄方法である。例えば、シリコン（Ｓｉ）、シリコン酸化膜（ＳｉＯｘ）、シリコン窒化膜（ＳｉＮｘ）を蒸着する薄膜蒸着装置の洗浄のための洗浄ガスとして、ＣＦ４、Ｃ２Ｆ６、Ｃ３Ｆ８、Ｃ４Ｆ８及びＳＦ６のような過フッ化化合物ガスまたはＮＦ３をチャンバーに注入してこれら膜を除去する。そして、ＴｉＮを蒸着する薄膜蒸着装置の場合、ＣｌＦ３を使用してチャンバーを洗浄するか、あるいは、ＮＦ３をリモートプラズマ方式でプラズマ化させたものを使用して洗浄する。
最近には、半導体素子の拡散防止膜や電極あるいは発熱体として使われるＴｉＡｌＮの乾式洗浄方法が要求されている。ＴｉＡｌＮ薄膜は、ＴｉＮと諸般特性は類似しているが、既存のＴｉＮのようにＣｌＦ３を使用するか、あるいはＮＦ３、Ｆ２などフッ素を含有するガスを使用すれば、図１のようにＡｌＦ３という固体の残留物が残るので、効果的な洗浄がなされないという問題がある。図１は、Ａｌ−Ｆバイナリーシステムの相平衡を示すための温度によるギッブス自由エネルギーグラフである。他の洗浄ガスを使用しても、工程条件によって多量の残留生成物及びパーチクルが発生しやすいので、ＴｉＡｌＮ及びこれと類似した膜質を蒸着する薄膜蒸着装置の効果的な乾式洗浄方法が必要である。
本発明が解決しようとする技術的課題は、Ａｌ含有金属膜及びＡｌ含有金属窒化膜を蒸着する薄膜蒸着装置の乾式洗浄方法を提供することである。
前記技術的課題を達成するための本発明の一態様は、Ａｌ含有金属膜及びＡｌ含有金属窒化膜を蒸着する薄膜蒸着装置の乾式洗浄方法であって、前記薄膜蒸着装置のチャンバー内部を４３０℃以上の高温に維持するステップと、前記チャンバー内部にＣｌ２を含むクリーニングガスを供給して前記チャンバー内部を洗浄するステップと、を含むことである。
前記技術的課題を達成するための本発明の他の態様も、Ａｌ含有金属膜及びＡｌ含有金属窒化膜を蒸着する薄膜蒸着装置の乾式洗浄方法であって、前記薄膜蒸着装置のチャンバー内部に前記チャンバー洗浄のためのプラズマＣｌ２を含むクリーニングガスを供給して前記チャンバー内部を洗浄するステップと、を含むことである。
ここで、前記プラズマＣｌ２は、リモートプラズマ方式によってＣｌ２ガスをプラズマ化して得るか、前記チャンバー内にダイレクトプラズマが印加された状態でＣｌ２ガスを供給して得ることができる。
本発明による方法において、前記クリーニングガスを流入させる前に前記チャンバー内部及びガスラインをパージするステップをさらに含む。前記洗浄ステップ後に前記チャンバー内部に残留するクリーニングガスを除去するために、前記チャンバー内部をパージするステップをさらに含むか、Ａｒ、Ｎ２及びＨ２からなる群から選択された少なくともいずれか一つのプラズマで前記チャンバー内部を処理するステップをさらに含むことができる。
本発明による方法は、特に、前記Ａｌ含有金属窒化膜は、ＴｉＡｌＮ及びＴａＡｌＮのうちいずれか一つである場合に効果的である。
本発明によれば、半導体素子の拡散防止膜や電極あるいは発熱体として使われるＴｉＡｌＮのように、Ａｌ含有金属窒化膜あるいはこれと類似した膜を蒸着する薄膜蒸着装置の効果的な乾式洗浄が可能である。すなわち、残留生成物及びパーチクルの発生なしに効果的に薄膜蒸着装置のチャンバーを洗浄することができる。これを通じて、薄膜蒸着装置の効果的な量産運用が可能になる。これにより、Ａｌ含有金属膜またはＡｌ含有金属窒化膜を持つ半導体素子の生産性を向上させることができる。
以下、添付された図面を参照して本発明をさらに詳細に説明する。後述する実施例は色々な他の形態に変形され、本発明の範囲が後述する実施例に限定されるものではない。本発明の実施例は、当業者に本発明をさらに完全に説明するために提供されるものである。
まず、本発明による洗浄方法は、図２のような薄膜蒸着装置の洗浄に利用できる。
図２の薄膜蒸着装置１００は、チャンバー１０内のウェーハブロック１２上に載置されたシリコンウェーハ、またはＬＣＤ用ガラス基板のような半導体基板ｗ上にＡｌ含有金属膜あるいはＡｌ含有金属窒化膜の薄膜を蒸着するためのものである。ここで、Ａｌ含有金属膜は、例えばＡｌ膜であり、Ａｌ含有金属窒化膜は、例えばＴｉＡｌＮまたはＴａＡｌＮ膜である。
薄膜蒸着装置１００は、薄膜蒸着が進むチャンバー１０と、ガスラインを通じてチャンバー１０にソースガス、不活性ガス及びクリーニングガスを供給するガス供給装置２０と、を備える。本発明による洗浄方法において、クリーニングガスは、Ｃｌ２あるいはプラズマＣｌ２を含む。したがって、本発明による洗浄方法を実施するためにガス供給装置２０を通じて、Ｃｌ２あるいはプラズマＣｌ２を含むクリーニングガスを供給すればよい。この時、プラズマＣｌ２は、リモートプラズマ方式によってＣｌ２ガスをプラズマ化して得るか、チャンバー１０内にダイレクトプラズマが印加された状態でＣｌ２ガスを供給して得ることができる。したがって、図示されていないが、チャンバー１０の外部にはリモートプラズマ発生器またはダイレクトプラズマ発生器が備わる。印加されるプラズマは、５０〜２０００Ｗのパワーに３００〜５００ＫＨｚの低周波及び／または１３。５６ＭＨｚ〜２１。１２ＭＨｚの高周波でありうる。
チャンバー１０は、その内部の上部に設置されて各種ガスが噴射されるシャワーヘッド１１と、シャワーヘッド１１の下部に設置されて半導体基板ｗが載置されるウェーハブロック１２と、ウェーハブロック１２の外周に設置されてソース、不活性ガス及び反応副産物の円滑かつ均一なポンピングのためのポンピングバッフル１３と、シャワーヘッド１１の外周に不活性ガスを噴射するガスカーテンブロック１４と、を備える。
ウェーハブロック１２の内部にはヒータ１２ａが内蔵されており、ヒータ１２ａは、載置されている半導体基板ｗを２００℃〜７００℃範囲で加熱させる。ガスカーテンブロック１４は、不活性ガスを半導体基板ｗのエッジ側に噴射してその半導体基板ｗのエッジの組成変化を調節し、またチャンバー１０、詳細にはポンピングバッフル１３の内壁がソースによって汚れることを最小化する。
次いで、図２の薄膜蒸着装置１００のチャンバー１０を洗浄する方法の実施例について説明する。
〔第１実施例〕
図３は、本発明による薄膜蒸着装置の洗浄方法の第１実施例を示すフローチャートである。
図３は、本発明による薄膜蒸着装置の洗浄方法の第１実施例を示すフローチャートである。
まず、図３のステップｓ１のように、薄膜蒸着装置１００のチャンバー１０内部を４３０℃以上の高温に維持する。例えば、シャワーヘッド１１、ウェーハブロック１２など乾式洗浄の対象となる部分の温度を４３０℃以上の高温に維持する。
その後、選択的なステップｓ２のように、チャンバー１０内部及びガスラインをパージする。これは、チャンバー１０内部及びガスラインに残留ガスがある場合、後続的にクリーニングガスの供給時に激しい反応が発生するか、多量のパーチクルを発生させうるので、これを予防するためである。このような問題のない場合にはこのパージステップｓ２は省略できる。パージガスは不活性ガス、例えば、ＡｒまたはＮ２を利用できる。
もちろん、ステップｓ１とステップｓ２との順序を逆にして行ってもよい。
次いで、ステップｓ３のようにチャンバー１０内部にＣｌ２を含むクリーニングガスを供給してチャンバー１０内部を洗浄する。この時、チャンバー１０内部の圧力は２Ｔｏｒｒ程度に維持でき、クリーニングガスの流量は５００ｓｃｃｍ程度とすることができる。洗浄ステップｓ３の時間はチャンバー１０の汚染程度によって変わるが、３ないし２０分程度が適当である。
薄膜蒸着装置１００がＴｉＡｌＮ膜を蒸着する装置である場合を例とすれば、ＴｉＡｌＮの主要構成成分であるＴｉ及びＡｌは、図４及び図５に提示したグラフのようにＣｌ２と反応して安定したガス反応生成物を発生させる。図４は、Ｔｉ−Ｃｌバイナリーシステムの相平衡を示すための温度によるギッブス自由エネルギーグラフであり、図５は、Ａｌ−Ｃｌバイナリーシステムの相平衡を示すための温度によるギッブス自由エネルギーグラフである。
すなわち、ＴｉＡｌＮは次のような反応式で除去することが可能である。
このような反応は、図４及び図５に図示したように、ＴｉＣｌ４（ｇ）及びＡｌＣｌ３（ｇ）の化学反応性が強いために、安定的になされうる。しかし、注意すべき点は、ＡｌＣｌ３の場合には、約４３０℃付近の温度以下ではＡｌと反応してＡｌＣｌ３（ｓ）を残すということである。したがって、本発明による洗浄方法では、ステップｓ１のようにチャンバー１０内部を４３０℃以上の高温に維持してこれを予防する。したがって、本発明によれば、Ｃｌ２を利用して残留生成物なしにチャンバー内部に付着されたＴｉＡｌＮ膜のようなＡｌ含有金属窒化膜を除去できる。一方、チャンバー１０内部温度の上限はあまり制限がなく、洗浄効率を考慮すれば高温であるほど有利であるが、エネルギー的観点及びチャンバー１０内部部材の耐熱性などを考慮して適正な温度とする。チャンバー１０内部温度の上限は当業者ならば適当に選択できる。
洗浄ステップｓ３の反応が終われば、チャンバー１０内部に残留するＣｌ成分クリーニングガスを除去するステップｓ４を行う。例えば、チャンバー１０内部を長時間パージするか、Ｈ２などのＣｌ２を除去できるガスのプラズマあるいはスパッタリング効果があるＡｒ、Ｎ２など反応性はないが、スパッタリング効果があるガスのプラズマを使用してチャンバー１０内部を処理する。
〔第２実施例〕
図６は、本発明による薄膜蒸着装置の洗浄方法の第２実施例を示すフローチャートである。
図６は、本発明による薄膜蒸着装置の洗浄方法の第２実施例を示すフローチャートである。
前の第１実施例の説明のように、Ｃｌ２を使用すれば、ＴｉＡｌＮのようなＡｌ含有金属窒化膜を除去できるが、約４３０℃付近の温度以下ではＡｌと反応して残留生成物であるＡｌＣｌ３（ｓ）を誘発するので、チャンバー１０内部を４３０℃以上の高温に維持することが重要である。しかし、やむをえない理由でチャンバー１０内部を４３０℃以上上昇させない場合には、本実施例のようにプラズマＣｌ２を含むクリーニングガスを使用する。
まず、図６のステップｓ１１のようにチャンバー１０内部及びガスラインをパージする。これは、チャンバー１０内部及びガスラインに残留ガスがある場合、後続的にクリーニングガスの供給時に激しい反応が発生するか、多量のパーチクルを発生させうるので、これを予防するためである。このような問題のない場合には、このパージステップｓ１１は省略できる。
次いで、ステップｓ１２のようにチャンバー１０内部にプラズマＣｌ２を含むクリーニングガスを供給してチャンバー１０内部を洗浄する。プラズマＣｌ２は、リモートプラズマ方式によってＣｌ２ガスをプラズマ化して得るか、チャンバー１０内にダイレクトプラズマが印加された状態でＣｌ２ガスを供給して得ることができる。このように、プラズマを利用してＣｌ２を化学的に活性化させれば、チャンバー１０の温度を高温に維持できなくても残留生成物の発生を防止できる。
洗浄ステップｓ１２の反応が終われば、チャンバー１０内部に残留するＣｌ成分のクリーニングガスを除去するステップｓ１３を行う。例えば、チャンバー１０内部を長時間パージするか、Ｈ２などのＣｌ２を除去できるガスのプラズマあるいはスパッタリング効果があるＡｒ、Ｎ２など反応性はないが、スパッタリング効果があるガスのプラズマを使用してチャンバー１０内部を処理する。
〔実験例〕
下記の表１は、本発明の第１実施例のようにＣｌ２を利用してＴｉＡｌＮを除去した結果を示したものである。チャンバー内部の圧力は２Ｔｏｒｒであり、クリーニングガスであるＣｌ２の流量は５００ｓｃｃｍであった。Ｃｌ２供給時間は３ないし２０分とした。
下記の表１は、本発明の第１実施例のようにＣｌ２を利用してＴｉＡｌＮを除去した結果を示したものである。チャンバー内部の圧力は２Ｔｏｒｒであり、クリーニングガスであるＣｌ２の流量は５００ｓｃｃｍであった。Ｃｌ２供給時間は３ないし２０分とした。
前記表１で分かるように、チャンバーの温度を４３０℃以上に維持してＣｌ２処理する場合（サンプル番号２ないし６）には、チャンバー内部に付着されたＴｉＡｌＮ薄膜がほとんど除去されたということが分かる。この時、高温ではほぼ完全にＴｉＡｌＮが除去されるが（サンプル番号２ないし６）、４３０℃以下では残留ＡｌＣｌ３（ｓ）が微量残留した（サンプル番号１）。
以上では本発明の望ましい実施例について説明したが、本発明は前記した実施例に制限されず、特許請求の範囲と発明の詳細な説明及び図面の範囲内で色々と変形して実施することが可能であり、これも本発明の範囲に属するということは当然である。
本発明は、薄膜蒸着装置の関連技術分野に好適に用いられる。
１０ チャンバー
１１ シャワーヘッド
１２ ウェーハブロック
１２ａ ヒータ
１３ ポンピングバッフル
１４ ガスカーテンブロック
２０ ガス供給装置
１００ 薄膜蒸着装置
１１ シャワーヘッド
１２ ウェーハブロック
１２ａ ヒータ
１３ ポンピングバッフル
１４ ガスカーテンブロック
２０ ガス供給装置
１００ 薄膜蒸着装置
Claims (11)
- Ａｌ含有金属膜及びＡｌ含有金属窒化膜を蒸着する薄膜蒸着装置の乾式洗浄方法であって、
前記薄膜蒸着装置のチャンバー内部を４３０℃以上の高温に維持するステップと、
前記チャンバー内部にＣｌ２を含むクリーニングガスを供給して前記チャンバー内部を洗浄するステップと、を含む洗浄方法。 - Ａｌ含有金属膜及びＡｌ含有金属窒化膜を蒸着する薄膜蒸着装置の乾式洗浄方法であって、
前記薄膜蒸着装置のチャンバー内部に前記チャンバー洗浄のためのプラズマＣｌ２を含むクリーニングガスを供給して前記チャンバー内部を洗浄するステップと、を含む洗浄方法。 - 前記プラズマＣｌ２は、リモートプラズマ方式によってＣｌ２ガスをプラズマ化して得ることを特徴とする請求項２に記載の洗浄方法。
- 前記プラズマＣｌ２は、前記チャンバー内にダイレクトプラズマが印加された状態でＣｌ２ガスを供給して得ることを特徴とする請求項２に記載の洗浄方法。
- 前記洗浄ステップ後に前記チャンバー内部に残留するクリーニングガスを除去するために、前記チャンバー内部をパージするステップをさらに含むことを特徴とする請求項１ないし４のうちいずれか１項に記載の洗浄方法。
- 前記洗浄ステップ後に前記チャンバー内部に残留するクリーニングガスを除去するために、Ａｒ、Ｎ２及びＨ２からなる群から選択された少なくともいずれか一つのプラズマで前記チャンバー内部を処理するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１ないし４のうちいずれか１項に記載の洗浄方法。
- 前記Ａｌ含有金属窒化膜は、ＴｉＡｌＮ及びＴａＡｌＮのうちいずれか一つであることを特徴とする請求項１ないし４のうちいずれか１項に記載の洗浄方法。
- 前記クリーニングガスを流入させる前に前記チャンバー内部及びガスラインをパージするステップをさらに含むことを特徴とする請求項１ないし４のうちいずれか１項に記載の洗浄方法。
- 前記洗浄ステップ後に前記チャンバー内部に残留するクリーニングガスを除去するために、前記チャンバー内部をパージするステップをさらに含むことを特徴とする請求項８に記載の洗浄方法。
- 前記洗浄ステップ後に前記チャンバー内部に残留するクリーニングガスを除去するために、Ａｒ、Ｎ２及びＨ２からなる群から選択された少なくともいずれか一つのプラズマで前記チャンバー内部を処理するステップをさらに含むことを特徴とする請求項８に記載の洗浄方法。
- 前記Ａｌ含有金属窒化膜は、ＴｉＡｌＮ及びＴａＡｌＮのうちいずれか一つであることを特徴とする請求項８に記載の洗浄方法。
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